民航飛機(jī)燃油箱微生物腐蝕的研究現(xiàn)狀

殷向東，萬斌

（上海民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海200232）

1996年，我國某機(jī)場發(fā)生了多架飛機(jī)的整體燃油箱腐蝕事件，這是有史以來最為嚴(yán)重的飛機(jī)燃油箱微生物腐蝕。民用飛機(jī)整體油箱的腐蝕也屬于飛機(jī)承載結(jié)構(gòu)件的腐蝕，這嚴(yán)重影響了民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)、燃油系統(tǒng)的安全、飛機(jī)的完整與可靠性，因此，民用飛機(jī)整體油箱的微生物腐蝕（MIC）問題得到了越來越多研究人員的關(guān)注［1］。

研究表明：由微生物引起的腐蝕約占全世界腐蝕損失的20%，且每年由微生物腐蝕引起的直接經(jīng)濟(jì)損失為300～500億美元［2］。因此，各國研究人員對由微生物引起的腐蝕進(jìn)行了一系列研究：POSTGATE［3］最早系統(tǒng)研究了硫酸鹽還原菌（SRB）的營養(yǎng)需求、生理和生態(tài)特征，奠定了微生物腐蝕的研究基礎(chǔ)。BOOTH等在微生物腐蝕機(jī)理方面進(jìn)行了大量探索，形成了典型的SRB厭氧腐蝕理論［4］。早在20世紀(jì)50年代末，就有人注意到飛機(jī)整體油箱的微生物腐蝕問題［1］，解決飛機(jī)整體油箱的微生物腐蝕，成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、維修人員和科研工作者面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題［5-6］。本工作介紹了民航飛機(jī)整體燃油箱的分布和結(jié)構(gòu)，提出了民航飛機(jī)整體燃油箱的防腐蝕建議，以期為飛機(jī)整體燃油箱的腐蝕防護(hù)提供指導(dǎo)。

1 飛機(jī)燃油箱的分布及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

民航飛機(jī)一般都有三個(gè)油箱，其中：左右大翼上分布著兩個(gè)主油箱，在兩個(gè)大翼的根部和機(jī)身相連處是一個(gè)中央翼油箱，這幾個(gè)油箱之間可以互相倒油。機(jī)翼油箱是民航飛機(jī)攜帶燃油的主要部位。民航飛機(jī)油箱分布圖及油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1［7-8］。

一般噴氣式飛機(jī)使用航空煤油，螺旋槳飛機(jī)使用汽油。航空煤油是碳?xì)浠衔?，易揮發(fā)、具有較高的飽和蒸汽壓，且具有較強(qiáng)的吸濕性；同時(shí)，為了提高航空煤油的抗爆性和抗冰性，還要在其中添加各種添加劑。多數(shù)情況下，微生物會優(yōu)選C10～C18碳鏈的烴類為營養(yǎng)源，所以航空煤油受微生物污染比汽油更普遍［9-10］。

2 航空燃油中微生物的種類及影響

對飛機(jī)燃油箱（主要由不同牌號的硬鋁或超硬鋁制成）腐蝕影響最大的微生物主要是各種細(xì)菌、酵母菌和霉菌。細(xì)菌包括枝抱菌、硫酸鹽還原菌、綠膿桿菌、產(chǎn)氣桿菌以及芽抱梭菌等；其中枝抱菌的腐蝕性最強(qiáng)，綠膿桿菌的次之。霉菌包括樹脂枝孢霉、土霉素、煙曲霉、擬青霉等。這些微生物代謝會產(chǎn)生多種有機(jī)酸，使航空煤油的p H降低，氧化還原電位升高，從而使得鋁合金的腐蝕電位降低。飛機(jī)燃油箱的微生物腐蝕形貌如圖2所示。

圖1 民航飛機(jī)油箱分布圖Fig.1 Distribution map of civil aircraft fuel tanks：（a）central fuel tank；（b）wing fuel tank；（c）internal structure of the overall fuel tank

對飛機(jī)燃油系統(tǒng)危害較大的微生物主要有硫酸鹽還原細(xì)菌（SRB）和樹脂芽枝霉兩種。

硫酸鹽還原菌屬于厭氧菌，它不但能夠還原硫酸根離子，而且在缺氧時(shí)能分解含硫的有機(jī)物，產(chǎn)生H2S和S，H2S會增加油品的酸性，腐蝕飛機(jī)燃油箱鋁合金結(jié)構(gòu)［11-12］。作為公認(rèn)的會對金屬腐蝕產(chǎn)生較大影響的菌種，SRB引起的飛機(jī)燃油箱局部腐蝕現(xiàn)象屢見不鮮，它是造成飛機(jī)燃油箱微生物腐蝕最主要的一類細(xì)菌［13-16］。SRB的分泌物還會破壞飛機(jī)燃油箱鋁合金結(jié)構(gòu)的表面保護(hù)涂層：一方面微生物分泌物把保護(hù)涂層的有機(jī)物作為營養(yǎng)源，附著在其上生長繁殖，對其進(jìn)行腐蝕，使其失去保護(hù)作用；另一方面，某些微生物分泌物會對保護(hù)涂層造成腐蝕，一旦保護(hù)涂層被腐蝕，會使基體受到腐蝕，一般為點(diǎn)蝕，沿重力方向往下，穿透燃油箱鋁合金壁板，導(dǎo)致燃油箱滲漏，從而影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)的安全。

樹脂芽枝霉主要在航空煤油與航空煤油中少量水的界面處生長，如果油箱內(nèi)有銹蝕或者污垢，樹脂芽枝霉類微生物的繁殖會更快。這些微生物及其代謝產(chǎn)物形成的黏泥或浮渣會堵塞燃油系統(tǒng)的管路等。

圖2 鋁合金燃油箱底部的微生物腐蝕形貌Fig.2 Microbial corrosion morphology at the bottom of aluminum alloy fuel tank

3 硫酸鹽還原菌的腐蝕機(jī)理

目前有關(guān)SRB致腐蝕作用的機(jī)理有陰極去極化機(jī)理、濃差電池機(jī)理、局部電池機(jī)理、代謝產(chǎn)物機(jī)理、硫化物誘導(dǎo)陽極溶解、沉積物下的酸腐蝕機(jī)理、陽極區(qū)固定機(jī)理和直接電荷傳遞理論等［17-25］。

陰極去極化是普遍被學(xué)者們接受的理論，該理論認(rèn)為SRB利用金屬表面的離子還原硫酸鹽，當(dāng)電子在該過程中被轉(zhuǎn)移時(shí)，更多的離子溶解到溶液中，見式（1）～（7）。

然而，陰極去極化理論具有自身的局限性，陰極去極化的實(shí)質(zhì)是消耗陰極反應(yīng)生成的氫氣，促使平衡向消耗［H］的方向進(jìn)行?，F(xiàn)有研究表明：腐蝕過程主要由速率步驟控制，且該反應(yīng)不可逆，氫化酶的具體作用機(jī)制不適用這里。故在后續(xù)的研究中又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了不少新的去極化作用機(jī)制，使去極化劑理論不斷得到了發(fā)展與充實(shí)。

硫化物誘導(dǎo)陽極溶解理論認(rèn)為：SRB在代謝過程中生成了大量的硫化物，惡化了腐蝕環(huán)境，增加了腐蝕電池的電動勢，使得金屬腐蝕更容易發(fā)生，從而加速腐蝕。KING等［21］發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，溶液中Fe2+的濃度越高，SRB的活性越強(qiáng)，對低碳鋼越具有腐蝕性。KUANG等［22］的研究也表明，SRB在對數(shù)期和穩(wěn)定期會產(chǎn)生多種硫化合物，加速碳鋼的陽極溶解，引起金屬腐蝕。

POPE等［23］認(rèn)為，大部分細(xì)菌都固定在由微生物引起的蝕點(diǎn)周圍，這使腐蝕電池的陽極區(qū)得以固定，這是微生物腐蝕主要以點(diǎn)蝕為特征的原因。

直接電荷傳遞理論認(rèn)為：某些SRB能直接在金屬表面捕獲電子，從而加速金屬的溶解。DINH等［25］通過富集培養(yǎng)的方法，以金屬離子作為唯一的電子供體，從海洋中分離并得到了一種能直接利用金屬獲得電子還原硫酸鹽的SRB，這種SRB可以直接跳過利用化學(xué)反應(yīng)形成的［H］作為電子供體，選擇直接利用金屬表面的電子而生存。

4 航空燃油微生物污染的主要防治措施

4.1 控制飛機(jī)燃油箱中的水分

水是微生物生命活動的基礎(chǔ)，飛機(jī)燃油中水分主要有三個(gè)來源：1）燃油中本身溶解的微量水；2）清洗燃油箱后沒有及時(shí)把清洗用水徹底干燥；3）飛機(jī)在機(jī)場停放時(shí)日夜溫度變化較大，飛行時(shí)地面和高空的溫差更大，這些都會形成凝露，在飛機(jī)燃油箱中形成冷凝水，燃油箱中剩余的燃油越少、不飛行的時(shí)間越長，燃油箱中的水分就會越多。

因此，在飛機(jī)日常維護(hù)的時(shí)候，機(jī)務(wù)工作人員一定要嚴(yán)格控制因加油而引入燃油的水分；并且要嚴(yán)格按照維護(hù)手冊的規(guī)定，排凈燃油中的冷凝水。加油前必須保證加油車中的油水分離；及時(shí)檢查、清洗微生物分泌物，并保證各排水孔通暢。

4.2 采用飛機(jī)燃料殺菌劑

防治飛機(jī)燃油箱微生物腐蝕最有效的方法是在飛機(jī)燃油中添加燃油殺菌劑，但是目前有效的航空燃油微生物殺菌劑不多，這主要是因?yàn)闅⒕鷦┮瑫r(shí)滿足以下條件：能充分溶解到燃油及其溶解的少量水中；不影響燃油的各項(xiàng)性能；燃燒時(shí)不能影響飛機(jī)發(fā)動機(jī)的性能；不污染環(huán)境［17］。

目前經(jīng)國際航空運(yùn)輸協(xié)會批準(zhǔn)可以使用的殺菌劑只有兩種：Biobor J F和Kathon F P。美國國軍標(biāo)MIL-S-53021指定Biobor J F為美軍首選殺菌劑，我國空軍油料研究所研制出了殺菌性能與Biobor J F類似的有機(jī)硼殺菌劑T901A［26］。

4.3 利用微生物間競爭抑制燃油微生物

郭啟營研究了利用微生物之間的共生、競爭關(guān)系來抑制燃油微生物的腐蝕［27］。該方法是通過微生物間的共生、競爭抵抗關(guān)系來抑制微生物腐蝕金屬。例如：有些細(xì)菌會產(chǎn)生類似抗生素的物質(zhì)直接殺死引起金屬腐蝕的細(xì)菌；引入其他微生物與原有的對金屬具有腐蝕性的菌類競爭養(yǎng)分和空間，從而限制微生物的營養(yǎng)源。

4.4 紫外線殺菌

當(dāng)紫外線的波長為210～313 nm時(shí)，它的輻射能力極強(qiáng)，能夠被細(xì)菌的核酸所吸收，并生成胸腺嘧啶二聚體，從而破壞微生物細(xì)菌的生殖系統(tǒng)，降低微生物對金屬材料的腐蝕［28］。

4.5 涂層防護(hù)

為了有效解決微生物腐蝕，可以在整體油箱鋁合金壁板表面噴涂一層涂料，該涂層通過提高燃油箱鋁合金壁板表面的光滑度，使微生物不易附著在壁板表面，同時(shí)能在一定程度上起到殺菌的效果。

5 結(jié)論

飛機(jī)采用機(jī)翼結(jié)構(gòu)整體油箱設(shè)計(jì)后，微生物腐蝕成為飛機(jī)整體油箱存在的最為嚴(yán)重的問題之一，極大地威脅民用飛機(jī)的飛行安全。作為機(jī)務(wù)工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)飛機(jī)燃油箱微生物污染的日常監(jiān)測，及時(shí)采取措施，控制微生物腐蝕，保障飛機(jī)結(jié)構(gòu)和燃油系統(tǒng)的安全，進(jìn)而保證飛機(jī)安全飛行。